To 1-βουτίνιο[1] (αγγλικά: 1-butyne) είναι οργανική χημική ένωση, που περιέχει άνθρακα και υδρογόνο, με μοριακό τύπο C4H6 και ημισυντακτικό τύπο CH3CH2CCH. Είναι εξαιρετικά εύφλεκτο και χημικά δραστικό αλκίνιο που χρησιμοποιείται ως πρόδρομη ένωση για τη σύνθεση άλλων οργανικών ενώσεων. Το χημικά καθαρό 1-βουτίνιο, στις «συνηθισμένες συνθήκες», δηλαδή σε θερμοκρασία 25 °C και υπό πίεση 1 atm, είναι άχρωμο αέριο[2].

1-βουτίνιο
Ethylacetylene.svg
But-1-yne-2D-skeletal.png
1-Butyne-3D-vdW.png
Γενικά
Όνομα IUPAC 1-βουτίνιο
Άλλες ονομασίες Αιθυλακετυλένιο
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος C4H6
Μοριακή μάζα 54,091 amu
Σύντομος
συντακτικός τύπος
CH3CH2C≡CH
Συντομογραφίες EtC≡CH
Αριθμός CAS 107-00-6
SMILES C#CCC
InChI 1S/C4H6/c1-3-4-2/h1H,4H2,2H3
ChemSpider ID 7558
Δομή
Ισομέρεια
Ισομερή θέσης 8
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο τήξης −125,7 °C
Σημείο βρασμού 8,08 °C
Πυκνότητα 678,3 kg/m3 (υγρό)
Εμφάνιση Άχρωμο αέριο
Χημικές ιδιότητες
Θερμότητα πλήρους
καύσης
2.381,5 kJ
Επικινδυνότητα
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa).

ΙσομέρειαΕπεξεργασία

Με βάση τον παραπάνω αναφερόμενο χημικό τύπο του, έχει τα ακόλουθα οκτώ (8) ισομερή θέσης:

  1. Το 2-βουτίνιο: Ένα αλκίνιο.
  2. Το 1,2-βουταδιένιο: Ένα αλλένιο.
  3. Το 1,3-βουταδιένιο: Ένα συζυγές αλκαδιένιο.
  4. Το κυκλοβουτένιο: Ένα κυκλοαλκένιο.
  5. Το 1-μεθυλοκυκλοπροπένιο: Ένα κυκλοαλκένιο.
  6. Το 3-μεθυλοκυκλοπροπένιο: Ένα κυκλοαλκένιο.
  7. Το μεθυλενοκυκλοπροπάνιο: Ένα κυκλοαλκένιο.
  8. Το δικυκλοβουτάνιο: Ένα δικυκλοαλκάνιο.

ΟνοματολογίαΕπεξεργασία

Η ονομασία «1-βουτίνιο» προέρχεται από την ονοματολογία κατά IUPAC. Συγκεκριμένα, το πρόθεμα «βουτ-» δηλώνει την παρουσία τεσσάρων (4) ατόμων άνθρακα ανά μόριο της ένωσης, το ενδιάμεσο «-ιν-» δείχνει την παρουσία ενός (1) τριπλού δεσμού μεταξύ ατόμων άνθρακα στο μόριο και η κατάληξη «-ιο» φανερώνει ότι δεν περιέχει χαρακτηριστικές ομάδες, δηλαδή ότι είναι υδρογονάνθρακας. Τέλος, ο αριθμός θέσης του τριπλού δεσμού («1-») προτάσσεται υποχρεωτικά στην ονομασία της ένωσης, ώστε η ένωση να διαχωρίζεται από την ισομερή της 2-βουτίνιο.

ΔομήΕπεξεργασία

Τα δύο (2) άτομα άνθρακα του τριπλού δεσμού, που περιέχει, βρίσκονται σε υβριδισμό sp και συνδέονται με σύστημα τριών (3) δεσμών, δηλαδή ένα (1) σ και δύο (2) π. Τα άλλα δύο (2) άτομα άνθρακα βρίσκονται σε sp³ υβριδισμό. Οι π-δεσμοί στο μόριο του 1-βουτινίου είναι υπεύθυνοι για τη χρήσιμη χημική δραστικότητά του. Η περιοχή του τριπλού δεσμού χαρακτηρίζεται από (σχετικά) υψηλή ηλεκτρονιακή πυκνότητα, που επομένως είναι ευάλωτη σε επιδράσεις ηλεκτρονιόφιλων. Πολλές αντιδράσεις του 1-βουτινίου καταλύνται από διάφορα μέταλλα μετάπτωσης, που σχηματίζουν προσωρινά σύμπλοκα με τα π και π* τροχιακά του 1-βουτινίου[3].

Δεσμοί[4]
Δεσμός τύπος δεσμού ηλεκτρονική δομή Μήκος δεσμού Ιονισμός
C-H σ 2sp-1s 106 pm 3% C- H+
C#1≡C#2 σ 2sp-2sp 120,6 pm
C#1≡C#2 π 2py-2py 120,6 pm
C#1≡C#2 π 2pz-2pz 120,6 pm
C#2-#3 σ 2sp-2sp³ 147 pm
C#3-#4 σ 2sp³-2sp³ 154 pm
Κατανομή φορτίων
σε ουδέτερο μόριο
C#4 -0,09
C#3 -0,06
C#1 -0,03
C#2 0,00
H +0,03

ΠαραγωγήΕπεξεργασία

Με απόσπαση υδραλογόνωνΕπεξεργασία

Με απόσπαση δύο ισοδυνάμων υδραλογόνου από 1,1-διαλοβουτάνιο, με χρήση υδροξειδίου του νατρίου (NaOH), παράγεται 1-βουτίνιο[5]:

 

Με απόσπαση αλογόνωνΕπεξεργασία

Με απόσπαση δύο ισοδυνάμων αλογόνου από 1,1,2,2-τετραλοβουτάνιο, με χρήση ψευδαργύρου (Zn), παράγεται 1-βουτίνιο[6]:

 

Με αιθυλίωση αιθινίουΕπεξεργασία

Το αιθινικό νάτριο μπορεί να αιθυλιωθεί με αιθυλαλογονίδιο, παράγοντας 1-βουτίνιο[7]:

 

Χημικές ιδιότητες και παράγωγαΕπεξεργασία

  • Εμφανίζει όλες τις χαρακτηριστικές ιδιότητες των ακόρεστων υδρογονανθράκων:

ΚαύσηΕπεξεργασία

 

ΕνυδάτωσηΕπεξεργασία

Με επίδραση θειικού οξέος και στη συνέχεια νερού (ενυδάτωση) σε 1-βουτίνιο, παρουσία ιόντων υδραργύρου (Hg), παράγεται βουτανόνη (CH3CH2COCH3)[8]:

 

Προσθήκη υπαλογονώδους οξέοςΕπεξεργασία

Με επίδραση (προσθήκη) υποαλογονώδους οξέος (HOX) 1-βουτίνιο παράγεται 1-αλοβουτανόνη[9]:

 

  • Ενδιάμεσα παράγεται 1-αλο-1-βουτεν-2-όλη (ασταθής ενόλη) που ισομερειώνεται σε 1-αλοβουτανόνη.

Τα παραπάνω ισχύουν μόνο όταν το αλογόνο (X) είναι χλώριο, βρώμιο ή ιώδιο, γιατί αν είναι φθόριο, τότε η προσθήκη είναι διαφορετική, με ενδιάμεσο προϊόν 2-φθορο-1-βουτεν-2-όλη και τελικό προϊόν 2-φθοροβουτανάλη:

 

Καταλυτική υδρογόνωσηΕπεξεργασία

Με καταλυτική υδρογόνωση 1-βουτίνιου σχηματίζεται αρχικά 1-βουτένιο και στη συνέχεια (με περίσσεια υδρογόνου) βουτάνιο.[10]:

 

ΑλογόνωσηΕπεξεργασία

Με επίδραση αλογόνου (X2) (αλογόνωση) σε 1-βουτίνιο έχουμε προσθήκη στον τριπλό δεσμό. Παράγεται αρχικά 1,2-διαλο-1-βουτένιο και στη συνέχεια (με περίσσεια αλογόνου) 1,1,2,2-τετραλοβουτάνιο.[11]:

 

ΥδραλογόνωσηΕπεξεργασία

Με προσθήκη υδραλογόνων (HX) (υδραλογόνωση) σε 1-βουτίνιο παράγεται αρχικά 2-αλο-1-βουτένιο και στη συνέχεια (με περίσσεια υδραλογόνου) 2,2-διαλοβουτάνιο.[12]:

 

ΥδροκυάνωσηΕπεξεργασία

Με προσθήκη υδροκυανίου (HCN) (υδροκυάνωση) σε 1-βουτίνιο παράγεται αιθυλοπροπενονιτρίλιο:

 

ΔιυδροξυλίωσηΕπεξεργασία

Η διυδροξυλίωση 1-βουτίνιου , αντιστοιχεί σε προσθήκη H2O2 και παράγει 1-υδροξυβουτανόνη[13]:

1. Επίδραση αραιού διαλύματος υπερμαγγανικού καλίου (KMnO4) σε 1-βουτίνιο:

 

2. Επίδραση καρβονικού οξέος και υπεροξείδιου του υδρογόνου σε 1-βουτίνιο:

 

  • Ενδιάμεσα παράγεται 1-βουτεν-1,2-διόλη (ασταθής ενόλη) που ισομερειώνεται σε 1-υδροξυβουτανόνη.

Επίδραση πυκνού υπερμαγγανικού καλίουΕπεξεργασία

Με επίδραση πυκνού διαλύματος υπερμαγγανικού καλίου (KMnO4) σε 1-βουτίνιο παράγεται 2-οξοβουτανικό οξύ[14]:

 

Προσθήκη αλκοολώνΕπεξεργασία

Με επίδραση αλκοόλης (ROH) σε 1-βουτίνιο παράγεται 2-αλκοξυ-1-βουτένιο[15]:

 

Προσθήκη καρβοξυλικών οξέωνΕπεξεργασία

Με επίδραση καρβοξυλικών οξέων (RCOOH) σε 1-βουτίνιο παράγεται καρβοξυλικός αιθυλοβινυλεστέρας[16]:

 

ΟζονόλυσηΕπεξεργασία

Με επίδραση όζοντος (οζονόλυση) σε 1-βουτίνιο παράγεται αρχικά ασταθές οζονίδιο που τελικά διασπάται σε 2-οξοβουτανάλη[17]:

 

Όξινη συμπεριφοράΕπεξεργασία

1. Αντιδρά με το νατραμίδιο (NaNH2), σε υγρή αμμωνία, σχηματίζοντας βουτινικό νάτριο[18]:

 

2. Αντιδρά με το βουτυλολίθιο, σε ψυχρό τετραϋδροφουράνιο, σχηματίζοντας βουτινικό λίθιο[18]:

 

3. Με επίδραση μεταλλικού νατρίου σε 1-βουτίνιο παράγεται βουτινικό νάτριο[7]:

 

  • Το βουτανικό νάτριο αποτελεί πρώτη ύλη για την παραγωγή άλλων παραγώγων με τριπλό δεσμό, γιατί αντιδρά με αλκυλαλογονίδια (RX):

 

4. Με επίδραση ιόντων αργύρου (Ag+) και παρουσία αμμωνίας (NH3) παράγεται ένα λευκό στερεό, ο βουτινικός άργυρος[19]:

 

5. Με επίδραση ιόντων μονοσθενούς χαλκού (Cu+) και παρουσία αμμωνίας (NH3) παράγεται ένα κεραμιδί στερεό, ο βουτινικός χαλκός[20]:

 

  • Οι αντιδράσεις #4 και #5 χρησιμοποιούνται για την ανίχνευση της ομάδας -C≡CH.

Χημεία ReppeΕπεξεργασία

Ο Γουώλτερ Ρέππε (Walter Reppe) ανακάλυψε ότι, παρουσία διαφόρων καταλυτών, το 1-βουτίνιο μπορεί να αντιδράσει με διάφορα αντιδραστήρια παράγοντας μια ευρεία ποικιλία βιομηχανικά σημαντικών χημικών[21]. Το χημικά καθαρό αιθίνιο είναι άοσμο, αλλά το εμπορικού βαθμού καθαρότητας αιθίνιο έχει μια χαρακτηριστική οσμή, εξαιτίας προσμείξεων[22][23].

1. Με αλκοόλες (ROH), με το υδροκυάνιο (HCN), με το υδροχλώριο (HCl) και με καρβοξυλικά οξέα (RCOOH), το 1-βουτίνιο παράγει αιθυλοβινυλενώσεις (δηλαδή ενώσεις γενικού τύπου AC(CH2CH3)=CH2)[15][16][21]:

 
 
 
 

2. Με αλδεΰδες (RCHO) δίνει (1-βουτινυλ)όλες[21], σύμφωνα με την αντίδραση Φαβόρσκιυ (Favorskii reaction):

 

3. Με αντίδραση 1-βουτινίου με μονοξείδιο του άνθρακα και νερό ή αλκοόλη παράγεται αιθυλοπροπενικό οξύ ή αιθυλοπροπενικός εστέρας, αντιστοίχως, που χρησιμοποιούνται, με τη σειρά τους, για την παραγωγή ακρυλικού γυαλιού και άλλων ακρυλικών προϊόντων[24]:

 
 

4. Με κυκλοποίηση (μαζί με ολιμερισμό) 1-βουτινίου παράγονται το 1,3,5-τριαιθυλοβενζόλιο, το 1,3,5,7-τετραιθυλοκυκλοοκτατετραένιο[21] και η 2,5-διαιθυλυδροκινόνη[23][25][26]:

 1,3,5-τριαιθυλοβενζόλιο
 1,3,5,7-τετραιθυλοκυκλοοκτατετραένιο
  2,5-διαιθυλυδροκινόνη

Προσθήκη καρβενίωνΕπεξεργασία

Κατά την προσθήκη μεθυλενίου σε 1-βουτίνιο σχηματίζονται 1-πεντίνιο, μεθυλοβουτίνιο, 2-πεντίνιο και 1-αιθυλοκυκλοπροπένιο[27]:

   

  • Η αντίδραση είναι ελάχιστα εκλεκτική και αυτό σημαίνει ότι κατά προσέγγιση έχουμε:
1. Παρεμβολή στους τρεις (3) δεσμούς C4-H: Προκύπτει 1-πεντίνιο, ένα αλκίνιο.
2. Παρεμβολή στους τρεις (2) δεσμούς C3-H: Προκύπτει μεθυλοβουτίνιο, ένα αλκίνιο.
3. Παρεμβολή στον έναν (1) δεσμό C1-H: Προκύπτει 2-πεντίνιο, ένα αλκίνιο.
4. Προσθήκη στον έναν (1) τριπλό δεσμό: Προκύπτει 1-αιθυλοκυκλοπροπένιο, ένα κυκλοαλκένιο.

   

Παρατηρήσεις, υποσημειώσεις και αναφορέςΕπεξεργασία

  1. Για εναλλακτικές ονομασίες δείτε τον πίνακα πληροφοριών.
  2. Lide, David R. (2008). CRC Handbook of Chemistry and Physics, 89th Edition. CRC Press. pp. 3–84. ISBN 978-0-8493-0488-0.
  3. Organic Chemistry 7th ed. by J. McMurry, Thomson 2008
  4. Τα δεδομένα προέρχονται εν μέρει από το «Table of periodic properties of thw Ellements», Sagrent-Welch Scientidic Company και Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, Σελ. 34.
  5. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.153, §6.4.3.
  6. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.153, §6.3.1β.
  7. 7,0 7,1 Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 159, §6.9.10α.
  8. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 158, §6.9.3.
  9. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 156, §6.8.4.
  10. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 158, §6.9.4α.
  11. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 158, §6.9.2.
  12. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 158, §6.9.1.
  13. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 157, §6.8.9.
  14. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 158, §6.9.8.
  15. 15,0 15,1 Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 158, §6.9.5.
  16. 16,0 16,1 Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 158, §6.9.6.
  17. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 158, §6.9.7α.
  18. 18,0 18,1 Midland, M. M.; McLoughlin, J. I.; Werley, Ralph T. (Jr.) (1990), "Preparation and Use of Lithium Acetylide: 1-Methyl-2-ethynyl-endo-3,3-dimethyl-2-norbornanol", Org. Synth. 68: 14; Coll. Vol. 8: 391. Προσαρμογή για 1-βουτίνιο.
  19. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 159, §6.9.10β.
  20. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 159, §6.9.10γ.
  21. 21,0 21,1 21,2 21,3 Pässler, Peter; Hefner, Werner; Buckl, Klaus; Meinass, Helmut; Meiswinkel, Andreas; Wernicke, Hans-Jürgen; Ebersberg, Günter; Müller, Richard; Bässler, Jürgen; Behringer, Hartmut; Mayer, Dieter (2008). "Acetylene". Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. doi:10.1002/14356007.a01_097.pub3. ISBN 3527306730.. Article Online Posting Date: 15 October 2008
  22. Compressed Gas Association (1995) Material Safety and Data Sheet – Acetylene.
  23. 23,0 23,1 Reppe, Walter; Kutepow, N; and Magin, A (1969). "Cyclization of Acetylenic Compounds". Angewandte Chemie International Edition in English 8 (10): 727–733. doi:10.1002/anie.196907271. Retrieved 26 December 2013.
  24. Takashi Ohara, Takahisa Sato, Noboru Shimizu, Günter Prescher, Helmut Schwind, Otto Weiberg, Klaus Marten and Helmut Greim (2003). "Acrylic Acid and Derivatives". Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry: pg. 7. doi:10.1002/14356007.a01_161.pub2. Retrieved 26 December 2013.
  25. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 159, §6.9.11γ.
  26. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 159, §6.9.11δ.
  27. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 157, §6.8.7., σελ. 155, §6.7.3, R = CH2=CH

ΠηγέςΕπεξεργασία

  • Speight J. G., “Chemical and Process Design Handbook”, McGraw-Hill, 2002.
  • Γ. Βάρβογλη, Ν. Αλεξάνδρου, Οργανική Χημεία, Αθήνα 1972
  • Α. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991
  • SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999
  • Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982
  • NIST Chemistry WebBook page for 1-butyne